# ما هو النسج ثلاثي الأبعاد؟ أشكال أولية منسوجة في ثلاثة محاور

يجمع النسج ثلاثي الأبعاد خيوط السداة واللحمة وخيوط الربط عبر السُّمك على نول واحد لإنتاج شكل أولي متشابك الطبقات. الطريقة والأنواع والحدود.

- صفحة الويب: https://3dwovens.com/ar/knowledge/what-is-3d-weaving
- آخر تحديث: 2026-09-24

الكاتب: فريق الهندسة في 3Dwovens

> **إجابة مختصرة:** النسج ثلاثي الأبعاد عملية نسيجية تشبك الخيوط في ثلاثة اتجاهات متعامدة في آن واحد: السداة (X) واللحمة (Y) وخيوط الربط الممتدة عبر السُّمك (Z). والناتج شكل أولي (preform) سميك من الألياف يُصنع في عملية واحدة، لا برصّ طبقات نسيج منفصلة بعضها فوق بعض. وعند تشريبه بالراتنج يصبح مادة مركّبة ترتبط طبقاتها بعضها ببعض بالألياف.

> **الشكل: مقطع عرضي لرقائق ثنائية الأبعاد مقارنةً بنسج متعامد ثلاثي الأبعاد.** مقطع تخطيطي باتجاه السداة. في الرقائق لا يربط الطبقات إلا الراتنج؛ أما في النسج ثلاثي الأبعاد فتمتد خيوط الربط عبر السُّمك وتشدّ الطبقات بعضها إلى بعض. الرسم ليس بمقياس رسم.

## الفرق بين النسج ثلاثي الأبعاد والنسج ثنائي الأبعاد

في الأقمشة المنسوجة التقليدية (النسج السادة، ونسج تويل (twill)، والساتان) تمر خيوط السداة واللحمة فوق بعضها وتحتها في مستوى واحد. ويبلغ سُمك هذا القماش عادةً جزءًا من المليمتر. ولصنع قطعة مركّبة سميكة تُرصّ طبقات مقصوصة من هذه الأقمشة بعضها فوق بعض، وتُربط بالراتنج ثم تُعالَج. ويُسمّى الناتج الرقائق (laminate).

في الرقائق تمتد الألياف في مستوى كل طبقة فقط. والعنصر الوحيد الذي يربط الطبقات عبر السُّمك هو طبقة الراتنج الرقيقة الواقعة بينها. ولأن مقاومة الراتنج ومتانته أدنى بكثير من مقاومة الألياف ومتانتها، تكون الرقائق قوية تحت الأحمال في المستوى، وضعيفة تحت الشد عبر السُّمك والقص بين الطبقات. وانفصال الطبقات بعضها عن بعض، المعروف بـ[التفكك الطبقي](https://3dwovens.com/ar/knowledge/what-is-delamination.md)، هو أشهر نتائج هذا الضعف.

أما في النسج ثلاثي الأبعاد فيتكوّن السُّمك في عملية النسج ذاتها. إذ يغذّي النول طبقات عديدة من خيوط السداة في الوقت نفسه، وتُدخَل خيوط اللحمة بين هذه الطبقات، وتمتد خيوط الربط عبر السُّمك لتربط الطبقات بعضها ببعض. ولا توجد في البنية طبقات مستقلة، فالشكل الأولي قطعة واحدة منذ لحظة نسجه.

## ثلاثة محاور: السداة واللحمة وخيط الربط

- **السداة (X):** خيوط تمتد طوليًا عبر النول في اتجاه إنتاج القماش. ويضم النسج ثلاثي الأبعاد عدة طبقات من السداة مرصوصة بعضها فوق بعض.
- **اللحمة (Y):** خيوط تُدخَل بين الطبقات عموديًا على السداة. ويمكن في كل إدخال وضع خيوط لحمة على عدة ارتفاعات.
- **خيط الربط (Z):** خيوط تُغذّى في اتجاه السداة وتتحرك صعودًا وهبوطًا عبر السُّمك. وهي التي تقفل الطبقات بعضها ببعض ميكانيكيًا وتوفّر مقاومة التفكك الطبقي.

تتبع أسماء المحاور الاصطلاح الإحداثي المعتاد في هندسة المواد المركّبة: يمثّل X وY الاتجاهين في المستوى، ويمثّل Z اتجاه السُّمك. وتشكّل خيوط الربط عادةً حصة صغيرة من إجمالي الألياف، وتظل الأحمال في المستوى محمولة في معظمها على السداة واللحمة. وكلما زادت نسبة خيوط الربط قوي الترابط عبر السُّمك وقلّت الألياف المتبقية للاتجاهات في المستوى. ويُعد تحقيق هذا التوازن من القرارات الأساسية في تصميم نمط النسج.

## كيف يتم النسج ثلاثي الأبعاد

يحافظ النول ثلاثي الأبعاد على العمليات الأساسية للنسج التقليدي، لكنه يطبّقها على سداة متعددة الطبقات. وتتألف دورة النسج الواحدة من الخطوات التالية بالترتيب:

1. **فتح النفس:** تُرفع خيوط السداة وخيوط الربط إلى ارتفاعات مختلفة وفق نمط النسج، فتنفتح عدة فجوات (أنفاس) بين الطبقات.
2. **إدخال اللحمة:** تُمرَّر خيوط اللحمة عبر الأنفاس المفتوحة.
3. **الدقّ:** يدفع المشط خيوط اللحمة الجديدة نحو خط النسيج.
4. **حركة خيط الربط:** تُنقل خيوط الربط إلى الوجه العلوي أو السفلي وفق النمط، فتلتف حول أعمدة اللحمة عبر السُّمك.

نمط النسج جدول يحدد الارتفاع الذي يقع عنده كل خيط في كل إدخال للحمة، وكثيرًا ما يُنفَّذ بأنظمة فتح نفس يتحكم فيها الحاسوب. ويمكن تغيير النمط أثناء النسج ليتبع المقطع العرضي للقطعة. ويتيح ذلك للنول إنتاج ألواح مسطحة، وكذلك أشكال أولية متغيرة السُّمك أو منحنية. وتُنسج الأشكال الأولية للمقاطع T وΠ وH على النول مغلقةً (مطويةً)، ثم تُفتح بعد خروجها من النول لتكوين المقطع.

يتطلب نسج خيوط هشة وحساسة للتآكل، مثل ألياف الكربون، في طبقات عديدة ضبطًا دقيقًا لشدّ الخيوط والاحتكاك. وتشير الأدبيات إلى أن تلف الخيوط وتموّجها (crimp) الناشئين أثناء النسج قد يؤثران في خصائص المادة المركّبة في المستوى (Mouritz and Cox, 2010). لذلك يؤثر تصميم النول ومعاملات النسج تأثيرًا مباشرًا في جودة المنتج المنسوج ثلاثي الأبعاد.

## بنى النسج ثلاثي الأبعاد

يحدد المسار الذي تسلكه خيوط الربط عبر السُّمك بنية النسج ثلاثي الأبعاد. وتبرز في الأدبيات ثلاثة أنواع رئيسية (Tong, Mouritz and Bannister, 2002).

### النسج المتعامد

تعبر خيوط الربط السُّمك كاملًا عموديًا، وتبقى خيوط السداة واللحمة مستقيمة إلى حد كبير. وتسهم الخيوط المستقيمة في الصلابة في المستوى، بينما تربط خيوط الربط الوجهين العلوي والسفلي مباشرة. ويُظهر المقطع في الرسم أعلاه هذه البنية.

### التشابك الزاوي من طبقة إلى طبقة

لا تعبر خيوط الربط السُّمك كاملًا، بل يربط كل منها الطبقات المتجاورة بزاوية مائلة. وتتشابك الطبقات كحلقات السلسلة. وتتوافق هذه البنية عادةً مع القالب بسهولة أكبر، ويمكن زيادة السُّمك بإضافة طبقات.

### التشابك الزاوي عبر السُّمك

تعبر خيوط الربط السُّمك بأكمله بزاوية مائلة. وتقع هذه البنية بين النوعين الآخرين من حيث التوازن بين الترابط عبر السُّمك والخصائص في المستوى.

تُختار البنية بالموازنة بين حالة التحميل والسُّمك والحاجة إلى التوافق مع القالب ومعدل الإنتاج معًا. ويمكن أيضًا استخدام أنماط مختلفة في مناطق مختلفة من القطعة نفسها.

## النسج الهجين ثلاثي الأبعاد

لأن خيوط السداة واللحمة والربط تُغذّى إلى النول كلٌّ على حدة، يمكن استخدام ليف مختلف في كل محور من محاور النسج ثلاثي الأبعاد. فقد تمنح ألياف الكربون الصلابة في الاتجاه الذي يحمل الحمل، بينما يمكن استخدام الأراميد في خيوط الربط أو في وجه معرّض للصدمات، والزجاج حيث تتقدّم التكلفة أو العزل الكهربائي. وتُقفل خيوط الربط الألياف المختلفة بعضها ببعض داخل شكل أولي واحد؛ وخلافًا للرقائق الهجينة المكوّنة من طبقات مكدّسة من مواد مختلفة، تبقى مواضع الانتقال بين المواد مترابطة في اتجاه السُّمك أيضًا. وتُدرس البنى المنسوجة الهجينة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع في الأدبيات العلمية. ولأن الألياف تختلف في صلابتها واستطالتها عند الكسر، يُقيَّم اختيار الألياف ونمط النسج مع حالة التحميل وظروف استخدام القطعة.

## من الشكل الأولي إلى المادة المركّبة

ما يخرج من النول ثلاثي الأبعاد شكل أولي جاف من الألياف لا يحتوي على راتنج بعد. ولكي يصبح قطعة مركّبة، يوضع الشكل الأولي في قالب ويُدفع الراتنج إلى داخله بالضغط أو التفريغ. وأكثر الطرق شيوعًا لذلك القولبة بنقل الراتنج (RTM) والقولبة بنقل الراتنج بمساعدة التفريغ (VARTM) والتسريب بالتفريغ. وبعد معالجة الراتنج تُخرج القطعة من القالب، وتُشغَّل على CNC عند الحاجة.

ويفيد الشكل الأولي الجاف المصنوع قطعة واحدة في الإنتاج أيضًا: فلا حاجة إلى قص عشرات الطبقات ورصّها واحدة تلو الأخرى، ولا تقع أخطاء مثل انزياح الطبقات أو رصّها بزاوية خاطئة. وفي المقابل، يتطلب تشريب شكل أولي سميك ومحكم النسج بالراتنج تشريبًا كاملًا تصميمًا دقيقًا للعملية. وإذا كان تدفق الراتنج غير كافٍ فقد تتكوّن مناطق جافة وفراغات (مسامية).

## المزايا والحدود

تلخّص الأدبيات السمات الرئيسية للمواد المركّبة المنسوجة ثلاثية الأبعاد على النحو التالي (Mouritz et al., 1999; Tong et al., 2002):

- متانة الكسر بين الطبقات ومقاومة التفكك الطبقي أعلى بوضوح منها في الرقائق ثنائية الأبعاد المكافئة.
- يبقى ضرر الصدم ضمن مساحة أصغر، وتكون مقاومة الانضغاط بعد الصدم (CAI) أعلى.
- يمكن نسج مناطق الوصل مثل المقاطع T وΠ وH قطعة واحدة، فيقل عدد خطوط اللصق وعناصر التثبيت.
- لأن الشكل الأولي يخرج قطعة واحدة، تنتفي أعمال رصّ الطبقات.

وتذكر المصادر نفسها الحدود بالوضوح ذاته:

- قد يؤدي التموّج الناتج عن خيوط الربط وتلف الخيوط أثناء النسج إلى خفض الصلابة والمقاومة في المستوى، في بعض البنى، إلى ما دون قيم الرقائق المكافئة. ويعتمد حجم هذا التأثير على البنية ونسبة خيوط الربط وجودة التصنيع (Mouritz and Cox, 2010).
- قد تتكوّن مناطق غنية بالراتنج حول خيوط الربط، وقد يبدأ الضرر منها (Cox et al., 1994).
- يتطلب تصميم النول والنمط خبرة متخصصة، وخيارات التوريد أضيق منها في الأقمشة القياسية.

لذلك فإن النسج ثلاثي الأبعاد ليس الخيار المناسب لكل تطبيق. وتتحقق أكبر المكاسب في القطع التي يحكم تصميمَها التفككُ الطبقي أو ضرر الصدم أو الانفصال عند منطقة الوصل.

## مقارنة: الرقائق ثنائية الأبعاد والمادة المركّبة المنسوجة ثلاثية الأبعاد

| الخاصية | الرقائق ثنائية الأبعاد (طبقات نسيج أو UD) | المادة المركّبة المنسوجة ثلاثية الأبعاد |
|---|---|---|
| ألياف عبر السُّمك | لا توجد؛ الراتنج يربط الطبقات | توجد؛ خيوط الربط تقفل الطبقات |
| مقاومة التفكك الطبقي | محدودة بمتانة الراتنج | أعلى بوضوح |
| ضرر الصدم | قد ينتشر على مساحة واسعة بين الطبقات | يبقى ضمن مساحة أصغر |
| الخصائص في المستوى | يمكن تحسينها بترتيب الطبقات | تعتمد على البنية؛ وقد يخفضها التموّج |
| مناطق الوصل (T، Π) | قطع منفصلة تُلصق أو تُثبّت | يمكن نسجها قطعة واحدة |
| تحضير الشكل الأولي | تُقص الطبقات وتُرصّ واحدة تلو الأخرى | يخرج الشكل الأولي قطعة واحدة |
| التوافق مع القالب | الأقمشة الرقيقة تتوافق بسهولة | يعتمد على البنية؛ التشابك الزاوي يتوافق بسهولة أكبر |

## مجالات استخدام المواد المركّبة المنسوجة ثلاثية الأبعاد

تُستخدم المواد المركّبة المنسوجة ثلاثية الأبعاد، أو تخضع للبحث، في قطع الوصل والربط في الطيران والفضاء، وفي المكوّنات المعرّضة للصدم مثل شفرات المراوح في محركات الطائرات التجارية، وفي هياكل الفضاء، وفي الدفاع والحماية الباليستية، وفي الهياكل البحرية، وفي الطائرات المسيّرة. والقاسم المشترك بين هذه التطبيقات أن القطعة معرّضة لضرر بين الطبقات بسبب الصدم أو الاهتزاز أو الإجهادات عند منطقة الوصل. وتتناول مراجعة Mouritz وزملائه الصادرة عام 1999 الأمثلة المبكرة على هذه التطبيقات والخصائص التي اختير النسج ثلاثي الأبعاد من أجلها.

## في التطبيق العملي

تُجري 3Dwovens أعمال البحث والتطوير في النسج ثلاثي الأبعاد منذ عام 2011، وتُصمَّم أنوالها وتُصنَّع داخل الشركة. ويُصنع [لوح OWC](https://3dwovens.com/ar/products/owc-plate.md)، وهو لوح كربون هيكلي منسوج ثلاثي الأبعاد، بتحويل شكل أولي منسوج بهذه الطريقة إلى مادة مركّبة باستخدام راتنج الإيبوكسي. وتبلغ أبعاد اللوح 500 × 250 × 6.5 mm، وكثافته نحو 1.55 g/cm³، وتبلغ درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) لراتنجه 140 °C.

وفقًا لنتائج الاختبارات، بلغت عيّنات RTM المنسوجة ثلاثية الأبعاد مقاومة شد قدرها 813–993 MPa ومعامل انحناء قدره 94–107 GPa. وفي الاختبارات نفسها بلغت عيّنات الألياف المشرّبة مسبقًا (prepreg) أحادية الاتجاه (UD) 718–819 MPa و82–91 GPa، وبلغت عيّنات الألياف المشرّبة مسبقًا ذات النسج السادة 420–454 MPa و39–41 GPa. وتنطبق هذه القيم على عيّنات وظروف اختبار محددة؛ يُرجى التحقق منها في ظروف التحميل الخاصة بكم قبل اعتمادها قيمًا تصميمية. ويمكن طلب عرض سعر للمقاطع T وΠ وH والمقاطع الصندوقية المنسوجة وفق الرسم الهندسي من صفحة [التصنيع حسب الطلب](https://3dwovens.com/ar/custom.md).

## الأسئلة الشائعة

### هل النسج ثلاثي الأبعاد هو نفسه الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

لا. النسج ثلاثي الأبعاد عملية نسيجية تشبك الخيوط في ثلاثة اتجاهات على النول، وتنتج شكلًا أوليًا من ألياف مستمرة. أما الطباعة ثلاثية الأبعاد فهي تصنيع إضافي يبني المادة طبقةً فوق طبقة، ولا يمكن فيها التقوية بألياف مستمرة إلا باستخدام أنظمة متخصصة وبقدر محدود.

### هل المادة المركّبة المنسوجة ثلاثية الأبعاد أقوى دائمًا من الرقائق (laminate)؟

لا. ترفع الخيوط الممتدة عبر السُّمك مقاومة التفكك الطبقي والمقاومة بعد الصدم رفعًا ملحوظًا. أما الصلابة والمقاومة في المستوى فتعتمدان على بنية النسج ونسبة خيوط الربط وجودة التصنيع. ويُحدَّد الاختيار وفق نمط الانهيار الذي يحكم تصميم القطعة.

### ما الألياف التي يمكن نسجها نسجًا ثلاثي الأبعاد؟

يمكن نسج ألياف الكربون والزجاج والأراميد والألياف الهجينة منها. ويُختار نوع الألياف وفق متطلبات الصلابة ومقاومة الصدم والخصائص الكهربائية والتكلفة.

### كيف يتحول الشكل الأولي الجاف إلى مادة مركّبة؟

يوضع الشكل الأولي في قالب، ويُدفع الراتنج إلى داخله بطريقة القولبة بنقل الراتنج (RTM) أو القولبة بنقل الراتنج بمساعدة التفريغ (VARTM) أو بطريقة مماثلة. وبعد معالجة الراتنج تتخذ القطعة شكلها النهائي.

## المراجع

- Mouritz, A. P., Bannister, M. K., Falzon, P. J., Leong, K. H. (1999). Review of applications for advanced three-dimensional fibre textile composites. *Composites Part A: Applied Science and Manufacturing*, 30(12), 1445–1461.
- Tong, L., Mouritz, A. P., Bannister, M. K. (2002). *3D Fibre Reinforced Polymer Composites*. Elsevier.
- Mouritz, A. P., Cox, B. N. (2010). A mechanistic interpretation of the comparative in-plane mechanical properties of 3D woven, stitched and pinned composites. *Composites Part A: Applied Science and Manufacturing*, 41(6), 709–728.
- Cox, B. N., Dadkhah, M. S., Morris, W. L., Flintoff, J. G. (1994). Failure mechanisms of 3D woven composites in tension, compression, and bending. *Acta Metallurgica et Materialia*, 42(12), 3967–3984.
- Chen, X. (ed.) (2015). *Advances in 3D Textiles*. Woodhead Publishing.
- ASTM D3039/D3039M. Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. ASTM International.
- ASTM D7264/D7264M. Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials. ASTM International.